本发明涉及涂料领域，公开了一种水性聚氨酯阻燃涂料及制备方法。
背景技术：
：防火阻燃涂料涂覆于可燃性基材表面，能降低被涂材料表面的可燃性，阻滞火灾的迅速蔓延，或是涂覆于结构材料表面，用于提高构件的耐火极限；防火涂料一般由基料、分散介质、阻燃剂、填料、助剂（增塑剂、稳定剂、防水剂、防潮剂等）组成，现已广泛用于建筑、车辆、飞机、轮胎等交通工具，文物保护，电器、电缆、仓库、军工、字航等方面。阻燃涂料按照阻燃原理一般分为膨胀型和非膨胀型两类，非膨胀型防火涂料是靠其自身的高难燃或不燃性来达到阻燃防火的目的，要想达到好的防火效果必须涂得很厚，添加大量含卤素、氮、磷等阻燃剂，产生大量有毒气体，膨胀型防火涂料就是涂膜受热膨胀形成蜂窝状炭化层，使火焰热量受到隔离而减少或减缓对底材的传递，同时在高温时涂料分解出不燃气体，隔绝并稀释了空气，另外涂层在防火时发生的一系列物理和化学反应吸收了大量热量从而起到阻燃和延缓火焰扩展、蔓延，为人们提供灭火的时间。目前研究采用无机树脂为主要粘合剂的防火涂料以提高涂层的强度，但采用无机树脂为粘合剂制备的防火涂料高温容易开裂，粘合强度低。水性聚氨酯涂料体系中几乎不含有有机溶剂，具有无毒、环保、使用方便、耐磨损、高弹性、高强度等一系列优点，其产量和需求量都在急剧增长，但易燃性致命的弱点限制了它在许多领域的应用。因此，阻燃水性聚氨酯涂料成为近年来的研究热门课题。中国发明专利申请号201610241148.3公开了一种水性聚氨酯阻燃涂料，由下列重量份的原料制成：水性聚氨酯树脂30~80份、分散润湿剂10~20份、消泡剂1~5份、防腐剂1~5份、成膜助剂10~20份、阻燃剂1~10份和水50~150份。该发明所述的水性阻燃涂料具有较好的防火效果，在工业应用上具有广阔的前景。中国发明专利申请号201610735568.7公开了一种高阻燃涂料，其原料包括：水性丙烯酸酯乳液、水性聚氨酯树脂、铝溶胶、环氧树脂、聚二甲基硅氧烷、氧化锌、空心玻璃微珠、纳米氧化锆、蒙脱土、纳米二氧化硅、成膜助剂、消泡剂、流平剂、润湿剂、阻燃剂、水；所述阻燃剂由氧化硼、甲基膦酸二甲酯、五氧化二磷、磷酸三(2-氯丙基)酯、磷酸脒基脲、聚磷酸铵、季戊四醇、三聚氰胺、六甲基二硅氧烷混合而成，该发明提出的高阻燃涂料，其耐水性和耐磨性好，阻燃性能优异，且使用寿命长。根据上述，现有方案中的阻燃水性聚氨酯涂料存在阻燃效率差、阻燃成本高、复配阻燃剂显著影响涂料的理化性能等缺陷，因此，有良好阻燃性能和理化性能的阻燃水性聚氨酯涂料，成为涂料领域的重要关注问题之一。技术实现要素：目前应用较广的阻燃水性聚氨酯涂料普遍存在阻燃效率差、阻燃成本高、复配阻燃剂显著影响涂料的理化性能等缺陷。为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：一种水性聚氨酯阻燃涂料的制备方法，制备的具体过程为：（1）将锑在1000-1300℃在1mpa空气压力下熔融以高压气流与微米级硅灰石粉体对撞，在颗粒表面沉积三氧化二锑超细颗粒，制得具有核-壳结构的复合颗粒材料；锑与微米级硅灰石粉体的质量比为1:3；（2）将步骤（1）制得的复合颗粒材料与十溴二苯乙烷进行复配，三氧化二锑包覆的颗粒作为溴系阻燃剂的协效剂，制得卤-锑体系的协同阻燃剂；（3）将季戊四醇三丙烯酸酯、高氯化聚乙烯树脂、聚氨酯树脂和甲基硅树脂混合，加入去离子水中，搅拌均匀，制得混合液；（4）向步骤（3）制得的混合液中加入成膜助剂、增稠剂、流平剂、分散剂和消泡剂，再加入步骤（2）制得的协同阻燃剂，搅拌均匀，研磨，制得水性聚氨酯阻燃涂料。优选的，步骤（2）中，复合颗粒材料70-80重量份、十溴二苯乙烷20~30重量份。优选的，步骤（3）中，季戊四醇三丙烯酸酯5~8重量份、高氯化聚乙烯树脂6~12重量份、聚氨酯树脂3~5重量份、甲基硅树脂5~10重量份、去离子水65~81重量份。优选的，步骤（4）中，混合液79~89重量份、成膜助剂2~4重量份、增稠剂1~3重量份、流平剂1~2重量份、分散剂1~2重量份、消泡剂1~2重量份、协同阻燃剂5~8重量份。优选的，步骤（4）所述成膜助剂为2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯。优选的，步骤（4）所述增稠剂为甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素中的至少一种。优选的，步骤（4）所述流平剂为聚甲基苯基硅氧烷、聚二甲基硅氧烷、聚醚改性有机硅氧烷、聚酯改性有机硅氧烷中的至少一种。优选的，步骤（4）所述分散剂为硬脂酸单甘油酯、乙烯基双硬脂酰胺、三硬脂酸甘油酯、油酸酰中的至少一种。优选的，步骤（4）所述消泡剂为聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯甘油醚中的至少一种。由上述方法制备得到的一种水性聚氨酯阻燃涂料，利用沉积原理，在微米级硅灰石粉体颗粒表面沉积三氧化二锑超细颗粒，不仅能修饰微米级硅灰石颗粒形貌，形成具体“核-壳”结构的复合颗粒材料，且由于三氧化二锑的包覆，能改善硅灰石纤维的表面活性，提高硅灰石纤维的柔软性和分散性；将所得颗粒与十溴二苯乙烷进行复配，三氧化二锑包覆颗粒作为溴系阻燃剂得协效剂，可与其形成卤-锑协同体系，当三氧化二锑颗粒和卤系阻燃剂中的含氢溴系阻燃剂复配使用时，三氧化二锑能够在燃烧过程中与溴化氢反应生成三溴化锑或者溴氧化锑。而溴氧化锑又可在很宽的温度范围内继续分解为三溴化锑，形成的三溴化锑可以有效的阻止燃烧反应的进行，提高阻燃效率；再将季戊四醇三丙烯酸酯、高氯化聚乙烯树脂、聚氨酯树脂和甲基硅树脂混合，加入去离子水后均匀搅拌后再加入成膜助剂，继续加入增稠剂、流平剂、分散剂和消泡剂以及所得阻燃剂，均匀搅拌并研磨后即可。本发明提供了一种水性聚氨酯阻燃涂料及制备方法，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：1、提出了采用十溴二苯乙烷与核壳结构的硅灰石复合颗粒进行复配制备用于水性阻燃涂料的方法。2、通过将超细三氧化二锑颗粒采用表面沉积的方法包覆于微米级硅灰石粉体颗粒的表面，增了大比表面积并提升了颗粒活性，提高了硅灰石纤维的柔软性和分散性。3、通过将形成的核壳结构的复合颗粒与与溴系阻燃剂进行复配，采用复合的方式，显著提升了阻燃涂料的阻燃效率。具体实施方式以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下,根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更,均应包含在本发明的范围内。实施例1（1）将锑在1200℃在1mpa空气压力下熔融以高压气流与微米级硅灰石粉体对撞，在颗粒表面沉积三氧化二锑超细颗粒，制得具有核-壳结构的复合颗粒材料；锑与微米级硅灰石粉体的质量比为1:3；（2）将步骤（1）制得的复合颗粒材料与十溴二苯乙烷进行复配，三氧化二锑包覆的颗粒作为溴系阻燃剂的协效剂，制得卤-锑体系的协同阻燃剂；其中，复合颗粒75重量份、十溴二苯乙烷25重量份；（3）将季戊四醇三丙烯酸酯、高氯化聚乙烯树脂、聚氨酯树脂和甲基硅树脂混合，加入去离子水中，搅拌均匀，制得混合液；其中，季戊四醇三丙烯酸酯7重量份、高氯化聚乙烯树脂8重量份、聚氨酯树脂4重量份、甲基硅树脂7重量份、去离子水73重量份；（4）向步骤（3）制得的混合液中加入成膜助剂、增稠剂、流平剂、分散剂和消泡剂，再加入步骤（2）制得的协同阻燃剂，搅拌均匀，研磨，制得水性聚氨酯阻燃涂料；成膜助剂为2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯；增稠剂为甲基纤维素；流平剂为聚甲基苯基硅氧烷；分散剂为硬脂酸单甘油酯；消泡剂为聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚；其中，混合液85重量份、成膜助剂3重量份、增稠剂2重量份、流平剂1重量份、分散剂2重量份、消泡剂1重量份、协同阻燃剂6重量份。实施例1制得的水性阻燃涂料，其大板燃烧试验试板烧穿时间、燃烧现象如表1所示。实施例2（1）将锑在1200℃在1mpa空气压力下熔融以高压气流与微米级硅灰石粉体对撞，在颗粒表面沉积三氧化二锑超细颗粒，制得具有核-壳结构的复合颗粒材料；锑与微米级硅灰石粉体的质量比为1:3；（2）将步骤（1）制得的复合颗粒材料与十溴二苯乙烷进行复配，三氧化二锑包覆的颗粒作为溴系阻燃剂的协效剂，制得卤-锑体系的协同阻燃剂；其中，复合颗粒77重量份、十溴二苯乙烷23重量份；（3）将季戊四醇三丙烯酸酯、高氯化聚乙烯树脂、聚氨酯树脂和甲基硅树脂混合，加入去离子水中，搅拌均匀，制得混合液；其中，季戊四醇三丙烯酸酯6重量份、高氯化聚乙烯树脂7重量份、聚氨酯树脂4重量份、甲基硅树脂6重量份、去离子水74重量份；（4）向步骤（3）制得的混合液中加入成膜助剂、增稠剂、流平剂、分散剂和消泡剂，再加入步骤（2）制得的协同阻燃剂，搅拌均匀，研磨，制得水性聚氨酯阻燃涂料；成膜助剂为2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯；增稠剂为羧甲基纤维素；流平剂为聚二甲基硅氧烷；分散剂为乙烯基双硬脂酰胺；消泡剂为聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚；其中，混合液86重量份、成膜助剂2重量份、增稠剂2重量份、流平剂1重量份、分散剂1重量份、消泡剂2重量份、协同阻燃剂6重量份。实施例2制得的水性阻燃涂料，其大板燃烧试验试板烧穿时间、燃烧现象如表1所示。实施例3（1）将锑在1200℃在1mpa空气压力下熔融以高压气流与微米级硅灰石粉体对撞，在颗粒表面沉积三氧化二锑超细颗粒，制得具有核-壳结构的复合颗粒材料；锑与微米级硅灰石粉体的质量比为1:3；（2）将步骤（1）制得的复合颗粒材料与十溴二苯乙烷进行复配，三氧化二锑包覆的颗粒作为溴系阻燃剂的协效剂，制得卤-锑体系的协同阻燃剂；其中，复合颗粒73重量份、十溴二苯乙烷27重量份；（3）将季戊四醇三丙烯酸酯、高氯化聚乙烯树脂、聚氨酯树脂和甲基硅树脂混合，加入去离子水中，搅拌均匀，制得混合液；其中，季戊四醇三丙烯酸酯7重量份、高氯化聚乙烯树脂11重量份、聚氨酯树脂5重量份、甲基硅树脂9重量份、去离子水68重量份；（4）向步骤（3）制得的混合液中加入成膜助剂、增稠剂、流平剂、分散剂和消泡剂，再加入步骤（2）制得的协同阻燃剂，搅拌均匀，研磨，制得水性聚氨酯阻燃涂料；成膜助剂为2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯；增稠剂为羟乙基纤维素；流平剂为聚醚改性有机硅氧烷；分散剂为三硬脂酸甘油酯；消泡剂为聚氧丙烯甘油醚；其中，混合液82重量份、成膜助剂4重量份、增稠剂2重量份、流平剂2重量份、分散剂1重量份、消泡剂2重量份、协同阻燃剂7重量份。实施例3制得的水性阻燃涂料，其大板燃烧试验试板烧穿时间、燃烧现象如表1所示。实施例4（1）将锑在1300℃在1mpa空气压力下熔融以高压气流与微米级硅灰石粉体对撞，在颗粒表面沉积三氧化二锑超细颗粒，制得具有核-壳结构的复合颗粒材料；锑与微米级硅灰石粉体的质量比为1:3；（2）将步骤（1）制得的复合颗粒材料与十溴二苯乙烷进行复配，三氧化二锑包覆的颗粒作为溴系阻燃剂的协效剂，制得卤-锑体系的协同阻燃剂；其中，复合颗粒70重量份、十溴二苯乙烷30重量份；（3）将季戊四醇三丙烯酸酯、高氯化聚乙烯树脂、聚氨酯树脂和甲基硅树脂混合，加入去离子水中，搅拌均匀，制得混合液；其中，季戊四醇三丙烯酸酯8重量份、高氯化聚乙烯树脂12重量份、聚氨酯树脂5重量份、甲基硅树脂10重量份、去离子水65重量份；（4）向步骤（3）制得的混合液中加入成膜助剂、增稠剂、流平剂、分散剂和消泡剂，再加入步骤（2）制得的协同阻燃剂，搅拌均匀，研磨，制得水性聚氨酯阻燃涂料；成膜助剂为2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯；增稠剂为羟丙基纤维素；流平剂为聚酯改性有机硅氧烷；分散剂为油酸酰；消泡剂为聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚；其中，混合液79重量份、成膜助剂4重量份、增稠剂3重量份、流平剂2重量份、分散剂2重量份、消泡剂2重量份、协同阻燃剂8重量份。实施例4制得的水性阻燃涂料，其大板燃烧试验试板烧穿时间、燃烧现象如表1所示。实施例5（1）将锑在1300℃在1mpa空气压力下熔融以高压气流与微米级硅灰石粉体对撞，在颗粒表面沉积三氧化二锑超细颗粒，制得具有核-壳结构的复合颗粒材料；锑与微米级硅灰石粉体的质量比为1:3；（2）将步骤（1）制得的复合颗粒材料与十溴二苯乙烷进行复配，三氧化二锑包覆的颗粒作为溴系阻燃剂的协效剂，制得卤-锑体系的协同阻燃剂；其中，复合颗粒80重量份、十溴二苯乙烷20重量份；（3）将季戊四醇三丙烯酸酯、高氯化聚乙烯树脂、聚氨酯树脂和甲基硅树脂混合，加入去离子水中，搅拌均匀，制得混合液；其中，季戊四醇三丙烯酸酯5重量份、高氯化聚乙烯树脂6重量份、聚氨酯树脂3重量份、甲基硅树脂5重量份、去离子水81重量份；（4）向步骤（3）制得的混合液中加入成膜助剂、增稠剂、流平剂、分散剂和消泡剂，再加入步骤（2）制得的协同阻燃剂，搅拌均匀，研磨，制得水性聚氨酯阻燃涂料；成膜助剂为2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯；增稠剂为甲基纤维素；流平剂为聚甲基苯基硅氧烷；分散剂为硬脂酸单甘油酯；消泡剂为聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚；其中，混合液89重量份、成膜助剂2重量份、增稠剂1重量份、流平剂1重量份、分散剂1重量份、消泡剂1重量份、协同阻燃剂5重量份。实施例5制得的水性阻燃涂料，其大板燃烧试验试板烧穿时间、燃烧现象如表1所示。实施例6（1）将锑在1300℃在1mpa空气压力下熔融以高压气流与微米级硅灰石粉体对撞，在颗粒表面沉积三氧化二锑超细颗粒，制得具有核-壳结构的复合颗粒材料；锑与微米级硅灰石粉体的质量比为1:3；（2）将步骤（1）制得的复合颗粒材料与十溴二苯乙烷进行复配，三氧化二锑包覆的颗粒作为溴系阻燃剂的协效剂，制得卤-锑体系的协同阻燃剂；其中，复合颗粒75重量份、十溴二苯乙烷25重量份；（3）将季戊四醇三丙烯酸酯、高氯化聚乙烯树脂、聚氨酯树脂和甲基硅树脂混合，加入去离子水中，搅拌均匀，制得混合液；其中，季戊四醇三丙烯酸酯6重量份、高氯化聚乙烯树脂9重量份、聚氨酯树脂4重量份、甲基硅树脂8重量份、去离子水73重量份；（4）向步骤（3）制得的混合液中加入成膜助剂、增稠剂、流平剂、分散剂和消泡剂，再加入步骤（2）制得的协同阻燃剂，搅拌均匀，研磨，制得水性聚氨酯阻燃涂料；成膜助剂为2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯；增稠剂为羧甲基纤维素；流平剂为聚酯改性有机硅氧烷；分散剂为乙烯基双硬脂酰胺；消泡剂为聚氧丙烯甘油醚；其中，混合液84重量份、成膜助剂3重量份、增稠剂2重量份、流平剂1重量份、分散剂2重量份、消泡剂2重量份、协同阻燃剂6重量份。实施例6制得的水性阻燃涂料，其大板燃烧试验试板烧穿时间、燃烧现象如表1所示。对比例1对比例1没有使用微米级硅灰石粉体颗粒进行负载，而是直接将三氧化二锑超细颗粒与十溴二苯乙烷进行复配，其他条件与实施例6相同，制得的水性阻燃涂料，其大板燃烧试验试板烧穿时间如表1所示。上述性能指标的测试方法为：参照gb15442.2-1995进行燃烧测试，取厚度为5mm、试板尺寸为5mm×10mm的木板，将待测水性阻燃涂料均匀涂敷于木板上，平均厚度为1mm，置于25℃、相对湿度50%的条件下调节至质量恒定，根据gb15442.2-1995中的大板燃烧法进行阻燃性能试验，使用酒精灯对试板进行灼烧，以酒精灯火焰外焰接触涂料为标准，用秒表记录试板烧穿的时间，并观察燃烧现象。表1：性能指标实施例1实施例2实施例3实施例4实施例5实施例6对比例1大板燃烧试验试板烧穿时间（s）545565556558562564404燃烧现象少量烟少量烟少量烟少量烟少量烟少量烟发烟量较大当前第1页12